天然气管道孔口泄漏危险域的划分

2017-03-03彭琦大庆油田采气分公司黑龙江大庆163000

化工管理 2017年13期

关键词：孔口动量射流

彭琦(大庆油田采气分公司，黑龙江大庆 163000)

天然气管道孔口泄漏危险域的划分

彭琦(大庆油田采气分公司，黑龙江大庆 163000)

本文对天然气泄漏的基本理论和特点做了简要的介绍，探讨了天然气管道孔口泄漏模型分类，泄漏危险区域的划分，以及天然气管道孔口泄漏的危险区域，以供参考。

天然气；泄漏；危险区域

天然气基于环境、能源日益严峻的时代背景下，在人们日常生活中占据了极其大的比重，在给人们带来便利的同时也造成了巨大的安全威胁。天然气泄漏产生的爆炸事故在我们的实际生活中频繁上演，因此作为业内人士有必要对这一问题进行逐步探究。

1 天然气泄漏的基本理论和特点

（1）天然气泄漏的理论在天然气膨胀和射流的作用下将会产生天然气泄漏的现象。这里的射流是指管道内的流体通过断面边界条件作用下发生改变的管嘴、管道裂缝、孔口喷射向外界而形成的。由于空气和天然气在流动速度上并不相同，因此就导致了射入外界空气环境的天然气扰乱了稳定的空气流速间断面，因为卷吸了周围的大量空气造成了漩涡的出现。另外，混合气体在能量差和动量差的作用下仍然处于变形、分裂、移动的过程。

（2）天然气管道孔口泄漏的特点 ①从管道孔口中涌出的天然气一旦混入了周围的空气，质量和动量之间就会进入互相交换的活动，这个过程就是有关天然气泄漏造成射流的过程。除了在碰撞的过程中，由于天然气分子在泄漏射流的过程中一旦发生碰撞，其动量就会消失，因此沿射流线的轨迹动量不变。②管道的流体在孔口泄漏的作用下进入静态环境，或多或少会受到干扰，流体会因为与周围静止的流体进行动量交换而失去稳定性随即产生漩涡。泄漏射流继续以漩涡的形态一刻不停的吸入周围的流体，在这个过程中泄漏的射流会不断的增大、变形。从流体变成动量、方向为横向的紊流后，原泄漏的流体会随着动量的涌出而渐渐变小，逐步形成了局限在一定范围内的速度梯度。③在密度的比较上空气显然比天然气大，浮力的作用下，若泄漏射流继续增加天然气的流速也会相应增加，到泄漏射流核末端的时候天然气的流速开始随着混合阻力作用的发挥渐渐变小。因此可以明显得出泄漏射流末端位置是具备正浮力性质的泄漏射流的轴向流速最大来源。

2 天然气管道孔口泄漏模型的分类

根据参照依据的不同有关天然气管道的泄漏也有着不同的分类。

以天然气管道泄漏过程和不同的发展阶段作为分类依据可以将泄漏的模型分为泄漏扩散、爆炸火焰、泄漏源三种，初始泄漏速率的计算模拟被越来越多的包含进了泄漏扩散模型。因此这为日后研究过程中泄漏扩散模型和泄漏源模型的整合提供了依据。

以天然气气体的类型为分类依据，由于管道内气在不同内气体源的作用下泄漏扩散的形式也有所不同，因此非重气扩散模型和重气扩散模型是管道气体泄漏扩散模型的两大分类。

以环境的介质作为分类依据，天然气管道所依附的地理环境和铺设的方式以及泄漏扩散的环境介质都不相同。

根据管道铺设方式的不同，可以将天然气泄漏扩散模型分为两大类，其一是以大气和土壤作为环境介质的地埋式管道泄漏，其二是以空气作为环境介质的架空式管道泄漏。

3 天然气管道孔口泄漏的危险区域

(1)危险区域的划分被确认为无毒无害气体的甲烷如果在浓度极高的情况下依然存在安全隐患，在存在高浓度甲烷的环境中人会产生头昏、乏力等不良现象，重者甚至引起窒息。以国外危险气体职业接触限值为参考依据，在允许接触的范围中甲烷浓度最高至6700mg/m³。甲烷的危害不止在于此，由于它属于易燃易爆的气体，这对周围的人员和建筑而言是不小的威胁。如果甲烷在天然气爆炸上下极限5%到15%之间，一旦遇到明火旋即出现燃烧爆炸现象，因此为避免天然气泄漏所释放出超标的甲烷气体应做到科学有效的预防治理工作。

根据上文所述，计算甲烷泄漏扩散区域和确定甲烷浓度和甲烷爆炸区域浓度的上下限之间进行对比。若一个区域得出的甲烷浓度处于35800～～107500mg/m³的范围之内，即可判定为危险区域。反之，不属于危险区域。

(2)危险区域划分的应用天然气管道中部发生破裂，其破裂的形式包括了小孔泄漏、空洞泄漏、破裂泄漏，假如前两个的泄漏方式为连续泄漏。最后一个的泄漏方式为瞬态泄漏，在风速保持相同的条件下，扩散的速度随着风速的提高而增加，危险浓度也相应地随之减小。通过对下风向区域进行泄漏浓度的计算，可得出天然气瞬时泄漏和连续泄漏的浓度图。在静风条件下，天然气的泄漏量随着泄漏孔径的渐渐增大而增多，危险区域也因此以极快的速度增加。

天然气会在较短暂的时间内因为管道的泄漏而释放出大量的天然气，天然气释放出的甲烷量会接近爆炸上下限和人员的不适范围，在管道附近范围内的人员和建筑物便会极大程度的受到爆炸的威胁。

借助分析孔口泄漏扩散模型特征的步骤，应该对选取参数的方法和模型进行确定。在对其确定的基础之上，便能为建立天然气管道孔口泄漏扩散模型提供依据，并划分出泄漏扩散危险区域的方法。